JP2019196975A - 収差測定方法および収差測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱の影響を低減し、安定した収差測定を行うことができる収差測定方法および収差測定装置を提供する。【解決手段】回折格子１１７により生成され、異なる位相を有する２つの干渉像６、７を同時に検出し、その干渉像内６，７で同時に複数回の位相変調を検出することで複数個の計測結果を出し、その干渉像内の６、７の同一座標点において、画像強度変化に基づく位相変調状態の性能を検出し、異なる回折格子パターンへ切り替え、同様の計測、性能検出を行い、これらを全てを評価することにより被計測光学部品の光学特性を高精度に計測することを可能にする。【選択図】図３

Description

本発明は、光学部品の光学特性を評価するための収差測定方法および収差測定装置に関する。

従来、光ピックアップの対物レンズ、光ピックアップ、デジタルカメラなどの光学部品の光学特性を評価するために、光の干渉を利用して光学部品に含まれる収差を測定する方法がある。光の干渉を利用した収差の測定方法の一例として、シアリング干渉を用いた測定方法が特許文献１に開示されている。

図１５〜図２１を用いてシアリング干渉を用いた収差の測定方法について説明する。

図１５は収差測定装置２０を示す図である。図１５において、光源であるレーザ発生源２００はレーザ光２０１を出射する。レーザ光２０１は、コリメータレンズ２０２で略平行光に拡大された後、固定部２０４に固定された被計測レンズ２０３へ入射する。被計測レンズ２０３を出射した光は集光され、回折格子２０５に入射される。

入射した光は、回折格子２０５により回折される。異なる次数の回折光である０次回折光と±１次回折光とが重なりあい干渉するとシアリング干渉像が生じる。

図１５において、駆動装置２０６が回折格子２０５を回折格子２０５の溝方向と直交する方向に移動すると、干渉条件が変化し、干渉パターンの干渉像は暗から明、あるいは明から暗に変化する。このようにシアリング干渉光の干渉強度を変化させると、図１６に示すように干渉パターン内の１点の画像強度（輝度）は正弦波形で変化し、初期位相θが得られる。図１６は、シアリング干渉光の干渉強度を変化させた場合の、干渉画像パターンの初期位相θを示す図である。本方式では１６枚の画像強度より初期位相を算出している。

このように、干渉像の強度を変調することで、初期位相を算出する方法は位相シフト法と呼ばれる。位相シフト法は、干渉計測を用いた収差解析では一般的に用いられる手法である。

以下、位相シフト法における解析法について説明する。図１７に示すように干渉像上にＸ軸方向とＹ軸方向とを設定し、Ｘ軸に平行な軸２１３、Ｙ軸に平行な軸２１４、軸２１３と軸２１４との交点を基準にして±４５度方向に傾斜させた＋４５度軸２１５、−４５度軸２１６を設定する。そして、それぞれの軸上に複数のサンプリングポイントを設定する。設定したサンプリングポイント上の位相シフトによる強度変化から、それぞれのサンプリングポイントでの初期位相を算出し、その初期位相群を所定の該関数にフィッティングすると、その該関数の各次数の係数より光学特性を算出することができる。左右両側のシアリング画像の光学特性値を用いれば、最終的に被計測レンズの光学特性の収差を算出することができる。

干渉画像のパターンは、被計測レンズ２０３に含まれる収差に依存する。例えば、被計測レンズ２０３が回折格子の溝方向と直交する方向（Ｘ方向）のコマ収差を持つ場合と、溝方向と平行な方向（Ｙ方向）のコマ収差（Ｙ）を持つ場合と、非点収差を持つ場合と、球面収差を持つ場合とでは、それぞれ異なるパターンとなる。図１８は、被計測レンズ２０３が回折格子の溝方向と直交する方向（Ｘ方向）のコマ収差を持つ場合の干渉画像パターンを示す図である。図１９は、被計測レンズ２０３が溝方向と平行な方向（Ｙ方向）のコマ収差（Ｙ）を持つ場合の干渉画像パターンを示す図である。図２０は、被計測レンズ２０３が非点収差を持つ場合の干渉画像パターンを示す図である。図２１は、被計測レンズ２０３が球面収差を持つ場合の干渉画像パターンを示す図である。干渉画像のパターンにはすべての収差が含まれるので複雑な画像になるが、各収差の値を算出する。

図１５のレンズ２０７は、回折格子２０５により形成された干渉光が入射するレンズである。レンズ２０７は回折格子２０５により形成された２つの干渉像が入射されるように、かつ光軸と垂直になるように設置されている。レンズ２０７は、入射した光を平行光とする。

集光レンズ２０８は、レーザ発生源２００から出射されたレーザの光軸上においてレンズ２０７から出射された平行光を受光できるように、光軸に対し垂直になるように設置される。撮像素子２０９は、集光レンズ２０８からの光を干渉像と共に撮像できるように設置される。撮像素子２０９の受光面は光軸に対して垂直になるように設置されている。演算装置２１０は、撮像素子２０９から送られてくる画像信号の処理を行うコンピュータなどの演算装置である。表示装置２１１は、撮像素子２０９で取り込んだ干渉画像や演算装置２１０で解析した結果などを表示する。

このように、従来は被計測レンズを透過した光を移動する回折格子に入射させてシアリング干渉像の強度を変化させ、その強度変化より干渉縞の初期位相を算出し、各ポイントの初期位相群の該関数フィッティングにより被計測レンズの光学特性の収差を検出することが行われていた。

特開２０００−３２９６４８号公報

しかしながら、上記従来の被計測レンズの初期位相算出による収差測定方法は以下のような課題を有している。

干渉縞の光強度変化には回折格子の溝形状の加工誤差によるコントラストばらつきなど本来の干渉に起因する強度変化以外の別の強度変化も含まれているが、従来の収差測定方法では、駆動装置により連続に強度変化する位相シフト法を採用することで、干渉に起因する光強度変化だけを位相変化の形で抽出していた。

しかし、強度変化を取得するための駆動装置の駆動中に、外部からの微小な振動などが加わると、移動の線形性が崩れてしまうことがある。このような場合、正しい干渉画像を得ることができず、その結果、時間変化に対する正しい強度変化を得ることができないため、初期位相の演算結果に誤差が含まれることになる。また光学部品の特性の変化により、出射されるレーザ光の発光強度分布が変化し、干渉像内での画像強度分布に変化が発生することがある。この場合、初期位相の演算において干渉像内でばらつきが発生し、初期位相群の該関数フィッティングによる被計測レンズの光学特性の収差に誤差が含まれる。測定結果の信頼性を向上させるためには、これらの複数の誤差要因による測定精度低下を回避し、安定したデータ取得を行う必要がある。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、外乱の影響を低減し、安定した収差測定を行うことができる収差測定方法および収差測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の収差計測方法は、回折格子に対して所定の角度をなす方向へ回折格子を移動させる第１工程と、光学部品を通過した光を前記回折格子に通過させ、前記回折格子の移動の間に前記回折格子による干渉画像を所定の第１枚数撮像する第２工程と、前記第１枚数の干渉画像において、前記回折格子による０次回折光と、前記０次回折光とは異なる位相を有する第１回折光および第２回折光のそれぞれとの干渉によって形成される第１干渉像および第２干渉像のそれぞれの中心である第１の原点および第２の原点のそれぞれを基準としたそれぞれの座標系における同一の座標での輝度データを抽出し、前記第１枚数分の前記輝度データのうち、前記第１枚数より小さい第２枚数分の連続した前記輝度データを用いて、前記第２枚数分の連続した前記干渉画像の初期位相を算出する第３工程と、前記第２枚数分の連続した前記干渉画像のノイズ解析を行う第４工程と、前記ノイズ解析の結果に基づいて、前記第２枚数分の連続した前記干渉画像毎の前記初期位相の確度を算出する第５工程と、確度が所定の条件を満たす初期位相を抽出する第６工程と、前記初期位相に基づいて前記光学部品の収差を算出する第７工程と、を有する。

本発明の収差測定装置は、発光源から出射される光が通過する光学部品と、前記光の軸に対して垂直に配置された回折格子と、前記回折格子に対して所定の角度をなす方向へ回折格子を移動させる駆動装置と、前記回折格子の移動の間に、前記光学部品を通過した光が前記回折格子を通過することで生じる干渉画像を所定の第１枚数撮像する撮像装置と、前記第１枚数の干渉画像において、前記回折格子による０次回折光と、前記０次回折光とは異なる位相を有する第１回折光および第２回折光のそれぞれとの干渉によって形成される第１干渉像および第２干渉像のそれぞれの中心である第１の原点および第２の原点のそれぞれを基準としたそれぞれの座標系における同一の座標での輝度データを抽出し、前記第１枚数分の前記輝度データのうち、前記第１枚数より小さい第２枚数分の連続した前記輝度データを用いて、前記第２枚数分の連続した前記干渉画像の初期位相を算出し、前記第２枚数分の連続した前記干渉画像のノイズ解析を行い、前記ノイズ解析の結果に基づいて、前記第２枚数分の連続した前記干渉画像毎の前記初期位相の確度を算出し、確度が所定の条件を満たす初期位相を抽出し、前記初期位相に基づいて前記光学部品の収差を算出する演算装置と、を有する。

以上のように、本発明の構成によれば、外乱の影響を低減し、安定した収差測定を行うことができる。

本発明の実施の形態１における収差計測方法、装置の概略図 実施の形態１における回折格子により０次回折光と±１次回折光の干渉を表す干渉画像の概念図 実施の形態１における回折格子により０次回折光と±１次回折光の干渉を表す干渉画像の概念図 実施の形態１における収差測定処理フローチャートを示す図 実施の形態１における干渉画像内の軸設定とサンプリングポイント設定を示す図 実施の形態１における回折格子移動時のあるサンプリングポイントにおける強度変化を示す図 実施の形態１における移動範囲の拡大による複数のデータ処理を行う概念図 実施の形態１における移動範囲の拡大による初期位相群の時間変化を示す図 実施の形態１における解析アルゴリズムの計算表を示す図 実施の形態１におけるノイズ解析結果を示す図 実施の形態１における回折格子、駆動装置の構成を示す図 実施の形態１における回折格子角度とシアリング干渉画像パターンの関係を示す図 実施の形態１における回折格子角度０度の場合の駆動装置による移動方向を示す概念図 実施の形態１における回折格子角度＋４５度の場合の駆動装置による移動方向を示す概念図 実施の形態１における回折格子角度と駆動装置角度、移動量の関係を示す図 従来の収差計測方法、装置を示す概略図 シアリング干渉光の干渉強度を変化させ、干渉画像パターンの初期位相θを示す図 干渉画像内の軸設定とサンプリングポイント設定を示す図 コマ収差（Ｘ方向）を示す図 コマ収差（Ｙ方向）を示す図 非点収差を示す図 球面収差を示す図

以下、本発明の実施の形態を、図１から図１４を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係る収差測定装置１０の概略図である。

図１において、光源であるレーザ発生源１００はレーザ光１０１を出射する。レーザ光１０１は、コリメータレンズ１０２で略平行光に拡大された後、被計測レンズ１０３を固定する固定部１０４に固定された被計測レンズ１０３へ入射する。なお、収差測定装置１０が収差を測定する対象は被計測レンズ１０３に限定されず、レーザ発生源１００、コリメータレンズ１０２、被計測レンズ１０３が含まれる光ピックアップ全体が対象となってもよい。

回折格子１１７は干渉縞を形成するための平面を有する。回折格子１１７は、その平面上に形成された複数の溝を有する。回折格子１１７は、被計測レンズ１０３の焦点位置に、光軸Ａに対して垂直に設置されており、その回折作用により、レーザ発生源１００から出射された光と異なる位相を有する複数の回折光を形成する。

具体的には、回折格子１１７は、例えば、図２Ａに示すように、３つの光、０次回折光３、＋１次回折光４、および−１次回折光５を形成させる。図２Ｂに示すように、０次回折光と＋１次回折光が干渉して干渉像６が形成され、０次回折光と−１次回折光が干渉して干渉像７が形成される。

図１の説明に戻る。駆動装置１２１は、回折格子１１７と連結されて回折格子１１７を移動させる。駆動装置１２１は、回折格子１１７を、光軸Ａに対し垂直、かつ回折格子１１７に対して所定の角度をなす方向に移動させる。

レンズ１０７は、回折格子１１７により形成された干渉光が入射するレンズである。本実施の形態では、レンズ１０７は、図２Ｂに示す２つの干渉像６、７がレンズ１０７上に形成されるように、かつ光軸Ａと垂直となるように設置されており、入射した光はレンズ１０７により略平行光になる。

集光レンズ１０８は、光軸Ａ上においてレンズ１０７から出射された平行光を受光できるように、光軸Ａに対し垂直に設置される。

撮像素子１０９は、集光レンズ１０８からの光を干渉像６、７と共に撮像できるように設置される。撮像素子１０９の受光面は光軸Ａに対して垂直に設置されている。

演算装置１１０は、撮像素子１０９から送られてくる画像信号の処理を行うコンピュータなどの演算装置である。演算装置１１０は、画像処理の結果に基づいて被計測レンズ１０３の収差を測定し、光学特性を評価する。

表示装置１１１は、撮像素子１０９で取り込んだ干渉画像や演算装置１１０で解析した結果などを表示する。

以下、収差測定装置１０における測定方法について具体的に説明する。

図３は、収差測定装置１０の処理を説明するためのフローチャートである。図３に示す処理では、図２に示す干渉像６、７における強度を用いて撮像素子１０９が受像した画像を解析する。なお、以下の説明における強度とは画像の輝度値を意味している。

まず、駆動装置１２１が回折格子１１７に対して所定の角度をなす方向へ回折格子１１７を移動させる（ステップＳ１）。これにより、被計測レンズ１０３より出射された光の焦点位置に対する回折格子１１７の位置が、光軸Ａに対して垂直な平面内を平行移動する。これにより、干渉像の強度変化が生じる。

撮像素子１０９は、強度変化が生じた干渉像を含む干渉画像データを取得する（ステップＳ２）。そして、演算装置１１０は、取得した複数個の干渉画像データを用いて干渉像の初期位相を算出する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において、演算装置１１０は、取得した干渉画像内においてサンプリングポイントを設定する。図４は、干渉画像内の軸設定とサンプリングポイント設定を示す図である。図４に示すように、演算装置１１０は、例えば干渉像上にＸ軸方向とＹ軸方向とを設定し、Ｘ軸に平行な第１軸１１３ａおよび第２軸１１３ｂ、Ｙ軸に平行な第３軸１１４ａおよび第４軸１１４ｂを設定する。第１軸１１３ａと第３軸１１４ａとの交点を原点Ｏ、第２軸１１３ｂと第４軸１１４ｂとの交点を原点Ｐとする。さらに、原点ＯおよびＰを基準として、第１軸１１３ａと第２軸１１３ｂを±４５度方向に傾斜させた＋４５度軸１１５ａ、１１５ｂおよび−４５度軸１１６ａ、１１６ｂを設定する。そして、演算装置１１０は、それぞれの軸上で干渉像６および７のそれぞれにおいてサンプリングポイントを設定する。なお、図４には干渉像７内のＸ軸１１３ａ上のサンプリングポイントであるＰ１・・・Ｐｎのみを図示している。

このように、演算装置１１０は、取得した１枚の干渉画像に含まれる２つの干渉像６、７毎にサンプリングポイントを設定する。演算装置１１０は、干渉像７内の原点Ｏを基準にした座標系においてＸ軸１１３ａ上に設定するサンプリングポイントと、干渉像６内の原点Ｐを基準にした座標系においてＸ軸１１３ｂ上に設定するサンプリングポイントとがそれぞれの座標系において同じ座標となるように、サンプリングポイントを設定する。

そして、演算装置１１０は、干渉画像データに基づいて、設定したサンプリングポイント上の強度（輝度）データを抽出する。図２に示す±１次回折光４，５と０次回折光３との干渉により、図４に示す原点ＯとＰにおける干渉光の位相にはおよそπの差異が生じている。このため、干渉像６、７内のそれぞれの座標系において同一座標上にあるサンプリングポイントにおける干渉画像ごとの強度データの変化は、図５のようになる。図５は、回折格子移動時の、あるサンプリングポイントにおける強度変化を示す図である。図５において、横軸は時間、縦軸はそのサンプリングポイントの強度Ｉである。なお、上記したように、連続干渉画像データの取得は駆動装置１２１による回折格子１１７の移動と同期して行われているので、図５においてグラフ上にプロットされている各点は、撮像素子１０９のフレームレートに依存した速度で連続して取得された干渉画像のそれぞれに対応する。図５に示すように、時間と強度Ｉとの関係は正弦波形を示す。

本発明では、干渉画像データとして、複数個、例えば５個、７個あるいは１６個の画像データを連続的に取得する。以下の説明では、１６個の画像データを取得する場合について説明する。

図６は、移動範囲の拡大による複数のデータ処理を示す概念図である。本発明では駆動装置１２１と同期して１６個の画像データを取得する場合、１６個の画像データに加えて５個の画像データを追加で取得し、合計で２１個の干渉画像データを連続して取得する。そして、演算装置１１０は、２１回の画像取得のうち、１回目から１６回目までの１６個の連続干渉画像データを用いて、被計測レンズ２０３の初期位相θ１を算出する。続いて演算装置１１０は、２回目から１７回目までの１６個の画像データを用いて、被計測レンズ２０３の初期位相θ２を算出する。その後、同様の処理を６回行うことで、初期位相θ３〜θ６を算出する。

このように、演算装置１１０は複数個取得した干渉画像データの中から、時間をずらして所定数の干渉画像データの抽出を複数回行い、これに基づいて複数の初期位相を算出することができる。

図３の説明に戻る。次に、演算装置１１０は、取得した干渉画像データのノイズ解析を行う（ステップＳ４）。

図７は、移動範囲の拡大による初期位相群の時間変化を示す図である。図７では、初期位相θ１〜θ６は６回目までの全スキャン上のデータであり、表記上上方にずらして表示している。初期位相θ１〜θ６は、全てのサンプリングポイントで上記したように駆動装置１２１による回折格子１１７の移動と同期して取得される。ステップＳ３において取得された干渉画像データにおいて、駆動装置１２１による移動に振動ノイズがない場合、この初期位相群に基づいて従来と同様に光学特性を算出すると、計測する時間のズレが発生するだけで被計測レンズの光学特性の収差には差は出ないはずである。取得した画像にノイズ成分がない場合には、回折格子１１７の移動と画像強度との関係は図６に示されるように正弦波形となる。

しかしながら、干渉画像データにノイズが含まれる場合、回折格子１１７の移動と画像強度との関係は正弦波形ではなくなる。干渉画像データにノイズが含まれる場合とは、例えば、外部からの微小な振動ノイズにより駆動装置１２１による移動の線形性が崩れた場合、またはレーザ発生源１００の発光強度ばらつきなどにより画像ノイズが発生した場合などである。ノイズが含まれる場合、θ１〜θ６の初期位相群の該関数フィッティングにより算出される被計測レンズの光学特性の収差にも差が生じることになる。

従って本発明では、干渉画像データに含まれるノイズを解析することで、ノイズによる回折格子１１７の移動と画像強度との関係に対する影響の度合いを解析する。ノイズの解析は、例えば以下の解析アルゴリズムを用いて行う。ノイズがない場合には回折格子１１７の移動と画像強度との関係は正弦波となることから、ノイズ解析画像強度Ｉａｔを画像取得タイミング（時刻）ｔおよび画像強度Ｉｔを用いて以下の式（１）で定義する。
Ｉａｔ＝Ａ・ｓｉｎ（ｔ−Ｂ）＋Ｃ （１）

時刻ｔは、画像取得タイミングが駆動装置１２１と同期した線形性を有する正弦波形となることより、以下の式（２）で表される。
ただし、ｋは１〜１６までの整数であり、撮像素子１０９が連続して取得する干渉画像の順番を示す値である。

また、式（１）の係数Ａ、Ｂ、Ｃは、以下の式（３）〜（１０）に示すα、β、γ、δ、ε、ζ、η、σを用いて以下のように算出する。

α＝Σｓｉｎ（ｔ） （３）
β＝Σｃｏｓ（ｔ） （４）
γ＝Σｓｉｎ＾２（ｔ） （５）
δ＝Σｃｏｓ＾２（ｔ） （６）
ε＝Σｓｉｎ（ｔ）・ｃｏｓ（ｔ） （７）
ζ＝ΣＩｔ・ｓｉｎ（ｔ） （８）
η＝ΣＩｔ・ｃｏｓ（ｔ） （９）
σ＝ΣＩｔ （１０）

図８は、ｋが１から１６までのそれぞれの値におけるα〜σを示した図である。

上記式（３）〜式（１０）に示すα〜σを用いて、以下の式（１１）〜（１４）のように｜Ａ｜およびａ，ｂ，ｃを定義する。
｜Ａ｜＝α×β×ε＋α×β×ε＋１６×γ×δ−α×α×ε−β×β×γ−１６×ε×ε （１１）
ａ＝１／｜Ａ｜×（α×β×η＋σ×β×ε＋１６×ζ×δ−１６×η×ε−β×β×ζ−σ×α×δ） （１２）
ｂ＝１／｜Ａ｜×（１６×η×γ＋σ×β×ζ＋σ×α×ε−α×α×η−σ×β×γ−１６×ζ×ε） （１３）
ｃ＝１／｜Ａ｜×（α×ε×η＋β×ε×ζ＋σ×γ×δ−β×γ×η−σ×ε×ε−α×δ×ζ） （１４）

上記ａ，ｂ，ｃを用いて、Ａ，Ｂ，Ｃを以下の式（１５）〜（１７）のように定義する。
Ｃ＝ｃ （１７）

正常な（ノイズを含まない）場合の正弦波形の画像強度をＩｏとし、実際の（ノイズを含む）画像強度をＩｔ、そしてノイズ解析画像強度をＩａｔとする。

ノイズを含まない画像強度Ｉｏに対してランダム変数を使用すると、ノイズを含む画像強度Ｉｔを作成できる。その画像強度Ｉｔを使用して、上記式（１）〜式（１７）のノイズ解析アルゴリズムを使用するとノイズ解析画像強度Ｉａｔを算出することができる。ノイズ解析結果の一例を図９に示す。

図３の説明に戻る。演算装置１１０は、上記のように算出したノイズ発生時の画像強度Ｉｔと、そのノイズ解析画像強度Ｉａｔを用いて、ステップＳ３で算出した初期位相の確度を算出する（ステップＳ５）。この確度は、画像強度Ｉｔとノイズ解析画像強度Ｉａｔの比較によるデータの一致度に基づいて算出する。

一致度の評価方法は、例えば以下の通りである。すなわち、以下の式（１８）〜（２０）に示すように、画像強度Ｉｔとノイズ解析画像強度Ｉａｔにおける各時間ｔにおける画像強度の差分Ｉｄｅｆの偏差Ｉｓｉｇを算出し、確度としている。

Ｉｄｅｆｋ＝Ｉｔｋ − Ｉａｔｋ （１８）
ただし、ｋは１〜１６までの干渉画像の順番を示す値である。

演算装置１１０は、上記式（１８）〜（２０）を用いて、画像強度Ｉｔとノイズ解析画像強度Ｉａｔの一致度、つまり偏差Ｉｓｉｇを算出する。偏差Ｉｓｉｇが小さいデータが一致度、すなわち確度が高いデータである。

次に、ステップＳ４およびＳ５の処理を、ステップＳ３で算出したすべての初期位相群に対して行う（ステップＳ６）。そして、すべての初期位相群の確度を比較し、その中でより確度の高い算出結果を選択する（ステップＳ７）。これにより、ノイズの影響が小さい初期位相群を選択することができるので、高精度に光学特性の収差を測定することができる。初期位相群の中から選択するには確度が一番高いものを選択、または所定のしきい値以上のものを選択すればよい。しきい値以上のものを選択する場合はしきい値以上の複数のデータを平均化することで、より安定したデータを取得できる。

さらに、回折格子１１７の回折格子パターンを異なるパターンに切り替えて上記ステップＳ１〜Ｓ７の処理を繰り返し行う（Ｓ８）。

具体的には、図１０に示す４つの異なる回折格子パターン１１７Ａ〜１１７Ｄを用いて、上記ステップＳ１〜Ｓ７の処理を４回分繰り返す。その際に得られる干渉画像を図１１に示す。図１１における回折格子角度０度の干渉画像パターンは図１０の回折格子パターン１１７Ａに対応する。回折格子角度とは、具体的には回折格子の０度方向を基準とした場合の角度を意味する。図１１における回折格子角度＋４５度の干渉画像パターンは図１０の回折格子パターン１１７Ｂに対応する。図１１における回折格子角度−４５度の干渉画像パターンは図１０の回折格子パターン１１７Ｃに対応する。図１１における回折格子角度９０度の干渉画像パターンは図１０の回折格子パターン１１７Ｂに対応する。

上記説明において、駆動装置１２１は回折格子１１７を、光軸Ａに対し垂直、かつ所定の回折格子角度の方向に移動させるとしたが、以下の説明では、所定の回折格子角度として２２．５度を使用するものとする。駆動装置１２１が所定の回折格子角度の方向に回折格子１１７を移動させる理由は、以下の通りである。すなわち、移動させる角度が従来の０度である場合、または９０度である場合、回折格子１１７に形成された溝と移動方向が平行となるため、移動しても干渉画像の強度が変化せず、初期位相を検出することができないからである。これを解決し、すべての干渉画像パターンに対応する方法としては、例えば０度と直交する方向に１軸追加し、２軸の駆動装置を用いる方法があるが、２軸の直交精度、駆動精度に差が生じていると測定精度にも影響がでてしまう。このため、本発明では、上記したように、１軸の駆動装置１２１が、所定の回折格子角度の方向、すなわち４つの回折格子パターンの角度の中間となる、２２．５度の方向に回折格子１１７を移動させる。

回折格子角度２２．５度の方向に回折格子１１７が移動されるとき、回折格子角度が０度である回折格子パターン１１７Ａでは、実際の移動量は図１２に示すように移動量１６となる。図１２は、回折格子角度０度の場合の駆動装置による移動方向を示す概念図である。その際、回折格子パターン１１７Ａの回折格子１１７の溝に対して直交する方向への移動量１７を１とすると、実際の移動量１６は、１／ｃｏｓ（２２．５°）となる。

同様に、図１３に示すように、回折格子パターン１１７Ｂを使用した場合の実際の移動量１６は、１／ｓｉｎ（２２．５°）となる。図１３は、回折格子角度＋４５度の場合の駆動装置による移動方向を示す概念図である。４つ全ての回折格子パターン（回折格子角度）の場合の実際の移動量１６を図１４に示す。図１４は、回折格子角度と駆動装置角度、移動量の関係を示す図である。

このように、ステップＳ８では、４種類の全ての回折格子角度でステップＳ１〜Ｓ７を実施する。４種類の回折格子角度それぞれで確度の高い初期位相群を取得することで、高精度の測定を行うことができる。また、４種類の回折格子角度を使用することにより、シアリング干渉像の中で干渉像に入らない部分を無くすことができ、さらに重複する領域を生じさせることができる。このため、重複領域を平均化もしくは中央値を使用するなどの処理を行うことにより、更なる安定化・高精度化を図ることができる。

最後に、ステップＳ９において、演算装置１１０は、４種類の回折格子パターンを用いて抽出した確度の高い初期位相群に基づいて、該関数フィッティングなどにより被計測レンズ１０３の収差を算出する。これにより、演算装置１１０は、被計測レンズ１０３の光学特性評価を高精度で行うことができる。また、演算装置１１０は、導出した光学特性評価結果を表示装置１１１に表示させる。以上のことから、収差測定装置１０は被計測レンズ１０３の光学特性評価の導出を高精度に行うことができる。

本発明の干渉計測方法は、光ディスク方式の記録装置に搭載される光ピックアップおよび光ピックアップの対物レンズ、カメラなどのレンズなどの光学部品の測定に適用できる。

１０ 収差測定装置
１００ レーザ発生源
１０１ レーザ光
１０２ コリメータレンズ
１０３ 被計測レンズ
１０４ 固定部
１０７ レンズ
１０８ 集光レンズ
１０９ 撮像素子
１１０ 演算装置
１１１ 表示装置
１１７ 回折格子
１１７Ａ，１１７Ｂ，１１７Ｃ，１１７Ｄ 回折格子パターン
１２１ 駆動装置
２０ 収差測定装置
２００ レーザ発生源
２０１ レーザ光
２０２ コリメータレンズ
２０３ 被計測レンズ
２０４ 固定部
２０５ 回折格子
２０６ 駆動装置
２０７ レンズ
２０８ 集光レンズ
２０９ 撮像素子
２１０ 演算装置
２１１ 表示装置

Claims (7)

1. 回折格子に対して所定の角度をなす方向へ回折格子を移動させる第１工程と、
   光学部品を通過した光を前記回折格子に通過させ、前記回折格子の移動の間に前記回折格子による干渉画像を所定の第１枚数撮像する第２工程と、
   前記第１枚数の干渉画像において、前記回折格子による０次回折光と、前記０次回折光とは異なる位相を有する第１回折光および第２回折光のそれぞれとの干渉によって形成される第１干渉像および第２干渉像のそれぞれの中心である第１の原点および第２の原点のそれぞれを基準としたそれぞれの座標系における同一の座標での輝度データを抽出し、前記第１枚数分の前記輝度データのうち、前記第１枚数より小さい第２枚数分の連続した前記輝度データを用いて、前記第２枚数分の連続した前記干渉画像の初期位相を算出する第３工程と、
   前記第２枚数分の連続した前記干渉画像のノイズ解析を行う第４工程と、
   前記ノイズ解析の結果に基づいて、前記第２枚数分の連続した前記干渉画像毎の前記初期位相の確度を算出する第５工程と、
   確度が所定の条件を満たす初期位相を抽出する第６工程と、
   前記初期位相に基づいて前記光学部品の収差を算出する第７工程と、
   を有する収差測定方法。
2. 前記第４工程は、開始時間をずらして取得した前記第２枚数分の連続した前記輝度データに対して、前記第２枚数分の連続した前記干渉画像の初期位相の算出を、前記第１枚数と前記第２枚数との差の回数繰り返す、
   請求項１に記載の収差測定方法。
3. 前記回折格子の回折格子パターンを複数種類に切り替え、それぞれの回折格子パターンに対して前記第１工程から前記第６工程までを実行する第８工程、
   をさらに有する、請求項１または２に記載の収差測定方法。
4. 発光源から出射される光が通過する光学部品と、
   前記光の軸に対して垂直に配置された回折格子と、
   前記回折格子に対して所定の角度をなす方向へ回折格子を移動させる駆動装置と、
   前記回折格子の移動の間に、前記光学部品を通過した光が前記回折格子を通過することで生じる干渉画像を所定の第１枚数撮像する撮像装置と、
   前記第１枚数の干渉画像において、前記回折格子による０次回折光と、前記０次回折光とは異なる位相を有する第１回折光および第２回折光のそれぞれとの干渉によって形成される第１干渉像および第２干渉像のそれぞれの中心である第１の原点および第２の原点のそれぞれを基準としたそれぞれの座標系における同一の座標での輝度データを抽出し、前記第１枚数分の前記輝度データのうち、前記第１枚数より小さい第２枚数分の連続した前記輝度データを用いて、前記第２枚数分の連続した前記干渉画像の初期位相を算出し、前記第２枚数分の連続した前記干渉画像のノイズ解析を行い、前記ノイズ解析の結果に基づいて、前記第２枚数分の連続した前記干渉画像毎の前記初期位相の確度を算出し、確度が所定の条件を満たす初期位相を抽出し、前記初期位相に基づいて前記光学部品の収差を算出する演算装置と、
   を有する収差測定装置。
5. 前記回折格子は、前記光学部品の焦点に設けられる、
   請求項４に記載の収差測定装置。
6. 前記回折格子は、複数種類の回折格子パターンを有する、
   請求項４または５に記載の収差測定装置。
7. 前記駆動装置は、前記回折格子に対して所定の角度をなす方向に前記回折格子を移動させる、
   請求項４〜６のいずれか一項に記載の収差測定装置。